엑솜 시퀀싱으로 중증 지적 장애 진단

  전 세계 약 2%의 어린이들은 일종의 지적 장애(intellectual disability)를 겪고 있다. 그 중 일부는 다운 증후군이나 취약 X 증후군 (fragile X syndrome) 등과 같이 유전적 원인이 밝혀진 것이어서 쉽게 진단될 수 있지만, 어떤 질환은 환경적 위험인자(예: 태아의 알코올 노출)가 개입되어 있어서 단순한 유전학적 진단을 어렵게 하기도 한다.

  그러나 상당수의 어린이 지적 장애는 아직 밝혀지지 않은 단일 유전자 돌연변이 때문일 것으로 추측되고 있다. 과학자들의 추정에 의하면 인간의 뇌를 건강하게 유지시키는 데 관여하는 유전자는 약 1,000개인데, 이러한 유전자들에 돌연변이가 발생할 경우 지적 장애를 초래할 수 있다고 한다.

　
  지난 3월 어린이 지적 장애의 원인을 밝히기 위한 사상 최대의 염기서열 해독 프로젝트가 시작되었고, 반년이 지난 지금 그 결과가 밝혀지고 있다. 영국 케임브리지에서 웰컴 트러스트 생어 연구소의 주최로 열린 희귀질환 컨퍼런스에서 논의된 국가 규모의 임상시퀀싱 프로젝트(national clinical sequencing projects)는 “오랫동안 베일에 감춰져 왔던 어린이 정신질환을 유전학적으로 진단함으로써 그 원인을 규명하는 것”을 목표로 하며, 장기적으로는 이러한 질환에 대한 치료법을 개발하기 위한 초석을 놓을 것으로 기대되었다.

　

지적 장애 아동들의 엑솜 시퀀싱

  네덜란드의 네이메헨 센터의 인간유전학 연구진들은 알려진 장애의 원인 유전자를 제외하고 새로운 질병 원인 후보 유전자들을 찾기 위해, 100명(남자 47명, 여자 53명)의 IQ 50이하의 환자와 그 부모들에서 얻은21,000개 이상의 유전자 코딩 영역을 250K Affymetrix SNP 어레이를 이용하여 분석하였다.

  게놈 DNA는 혈액에서 QIAamp DNA Mini Kit (Qiagen)을 사용하여 추출하였고, 엑솜은 SOLiD-Optimized SureSelect Human Exome Kit (Agilent version2, 50Mb)로 추출하였다. 지적 장애 아동과 부모의 열성 및 X 염색체 관련 변이 중 알려진 변이들을 제외하며 새로운 변이들을 선택하여 생어 시퀀싱으로 검증하였다. 심각한 지적 장애를 가진 10명의 환자에서 얻은 엑솜 데이터에서 지적 장애와 관련된 새로운 다섯 후보 유전자(DYNC1H1, KIF5C, ASH1L, GATAD2B, CTNNB1)를 확인하였다. 기존의 병인성 가이드 라인을 바탕으로 변이를 분류하여 유전자 코돈의 돌연변이를 확인하여 진화에서 보존되거나, 뇌 표현 패턴, 동물 모델의 기초를 유전자 존재론(GO; Gene Ontology) 분석으로 지적 장애의 원인 유무를 확인하였다.

진단된 지적 장애 유전자

  79개 드노보 변이 중 63개는 이형으로 염색체 구조의 삽입과 결실이 이루어지는 변이이고, 48개 다른 아미노산을 지정하게 되는 Missense 변이를 포함하고 있었다. Polyphen-2와 SNV를 조사하여 표현형의 차이를 알아보았다. 임상 평가에서 심각한 지적 장애를 가지고 있는지 세 가지 유전자(DYNC1H1, GATAD2B, CTNNB1)의 결함을 보여주었다.DYNC1H1는 Glu1518Lys, His3822Pro 변이로 뉴런 이동의 결함이 나타났고, GATAD2B는 Gln470*, Asn195Lysfs*30 변이로 언어 장애 및 얼굴 기능의 전사가억제되는 결함이 나타났으며, CTNNB1는 Arg515*, Ser425Thrfs*11, Gln309* 등 Frame shift 변이로 언어 장애, 소두증, 도보 장애가 나타났다. 

맺음말

  본 연구는 심각하지만 설명할 수 없는 지적 장애 환자에 대한 엑솜 시퀀싱을 진행하여, 유전적 가족력에 관련된 13%의 결정적인 유전자 진단을 제공했다. 100명의 환자에서 알려진 지적 장애 유전자의 인과 변이 식별은 임상 및 환자와 그 가족을 위한 유용한 정보로 제공될 것이다. 밝혀진 유전자들을 3-5년 진단을 계속하여 임상적 표현형을 관리하면, 세가지 새로운 후보 유전자를 지적 장애와 인과관계의 유전자로 확정 지을 수 있을 것이다. 그러나, 질병에 관련 없는 변이로 도중에 판명 난 RB1 유전자처럼 p.Tyr173His 변이가 발견되면 부종과 같은 지적 장애와 관련 없는 증상이 나타나기도 한다. 그렇지만 현재로서는 드노보 변이는 지적 장애의 중요한 원인일 가능성이 있는 만큼 엑솜을 탐지하기 위한 효과적인 진단 전략으로 사용할 수 있을 것이다.



참고문헌

　

Diagnostic Exome Sequencing in Persons with Severe Intellectual Disability
http://www.nejm.org/doi/pdf/10.1056/NEJMoa1206524
Diagnostic Exome Sequencing — Are We There Yet?
http://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMe1211659
Genomics, intellectual disability, and autism.
http://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMra1114194

저자

　
글 : hjpark
편집 : Thkim
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키워드 : 엑솜시퀀싱(exome sequencing, Severe Intellectual Disability(중증 지적장애), DYNC1H1, KIF5C, ASH1L, GATAD2B, CTNNB1, 250K Affymetrix SNP array, fragile X syndrome, national clinical sequencing projects